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1、第四讲科学家的人文精神与科学精神第四讲科学家的人文精神与科学精神教师科学素养课程组伦琴于1895年发现X射线,他在报告中还附 有一张他夫人的手的骨骼的照片.这为医疗疹断 提供了强有力的新手段,藏匿着极大的商机.德 国的柏林通用电气公司,提出用高价来换取伦琴 的X光和末来的一切物理发现专利权 ,但遭到拒 绝.伦琴说:“专利是什么?打算把X光一 个人独占吗?,它不是我发明的,我仅仅 是发现了它,它千古以来就存在着.因此 ,X光是全人类的财产,不是我个人的财 产,也不应该受任何集团的控制,这些发 现和发明绝不应该受专利.”一、科学家的人文精神为全人类谋福利- 伦琴不为X射线申请专利热爱祖国- 钱学森
2、等冲破重重阻力回国建国初期从海外归来的科学家很多如：李四光、张钰哲、童弟周、赵忠尧、萨本栋、周培源、余瑞璜、孟昭英、钱伟长、黄昆、谢希德、王淦昌、钱学森、钱三强、何泽慧、郭永怀、张文裕、王竹溪、王大珩、彭桓武、邓稼 先 他们为什么要从条件优越的海外归来？华罗庚于1950年在归国途中致中国全体留美学生的公开信回答了这个问题 ：“为了选择真理，我们应当回去；为了国家民族，我们应当回去；为了为人民服务，我们应当回去；就是为了个人，也应当早日回去，建 立我们的工作基础，为我们伟大祖国的建设和发展而奋斗！”现在有“春晖计划”。为真理而斗争 - 伽利略为捍卫日心说不怕坐牢伽俐略(15641642年)意大利
3、物理学家.他以极大的勇气批判了亚 里士多德的错误观点开创了物理学的新纪元,后来被牛顿称为“力学 的拓荒者”。伽俐略他还用自己发明的望远镜观察天体，以所观察到 的事实证明日心说的正确性。鉴于此，1611年，他被教会列入黑名单 ；1615年受到正式警告；1616年被传到罗马，教主当面下令，不准宣 传日心说。但伽俐略，不顾这些，反而写出了两大世界体系的对话 来大力宣传日心说。1633年，再次被传唤到罗马，受到连续四个月 的刑讯逼供，并被判刑终身监禁。监禁中，要他在三年内每周都要背 诵圣经中的7首忏诲诗，要他公开收回日心说的“邪说”。监禁 中伽俐略坚持科学研究，又写出了两门新科学的对话偷偷送到荷 兰出
4、版,书送到手中时，他已奄奄一息。300多年后1992年，罗马教会成立了一个由六位诺贝尔物理学奖 得主组成的专门委员会对伽俐略案进行重新审理，并宣布为伽俐略平 反。不向恶魔低头 - 爱因斯坦敢于反对希特勒 1933年1月，希特勒上台后，狂热地推行和反犹的政策，对 一切犹太人、和平人士和共产党人进行镇压和屠杀。爱因斯坦虽然是 享誉世界的大物理学家，但他是犹太人、又是和平主义者，并经常在 公众场合批评希特勒的反动政策。于是希特勒发怒了，他狂叫：即是 象爱因斯坦这样的犹太人也要滚蛋！ 于是，5月，纳粹的冲锋队抄了爱因斯坦在柏林的家，查封了他 在卡普特的别墅，公开烧毁爱因斯坦的著作。但爱因斯坦没屈服，于
5、 8月31日公开发表揭露希特勒罪行的褐皮书。希特勒再次发怒了，悬 赏两万马克提取爱因斯坦的头颅。为了躲避纳粹的迫害，爱因斯坦于 9月9日星夜渡海到达英国。纳粹特务穷追不舍。10月10日，他又远涉 重洋来到美国，才得以安身。以德报怨 法拉弟善对老师 戴维是法拉弟的恩人和老师，法拉弟对老师非常尊重。但当法 拉弟在科学研究上显露出才华并有可能超过自己的时候，这位老师 对法拉弟又特别忌妒。 在发现通电导体绕着磁体转动的实验过程中，法拉弟取得了重 大进展。可有人在报刊上诬陷法拉弟瞟窃他人的成果，对法拉弟的 名誉和人格造成极大的损伤。戴维是知情人，完全可以站出来说公 道话，但他对此保持沉默。后来得知，这个
6、诬陷者正是戴维。 在推选法拉弟进入英国皇家学会的时候，作为皇家学会会长的 戴维是唯一的投反对票的会员。当然，这给戴维本人也带来的是不 幸，使他从此威信扫地。 但法拉弟并不因此记恨他，以高姿态一如既往地对待自己的老 师。这被传为佳话。二 科学家的文学艺术修养 钱学森论科学与艺术的关系: “从思维科学的角度看,科学工作总是从一个猜想开始 的,然后才是科学论证。换言之，科学工作是源于形象思维 ，终于逻辑思维。形象思维源于艺术，所以科学工作先是 艺术，后是科学。相反，艺术工作必须对事物先有个科学 的认识，然后才是艺术创作。在过去，人们总只看到后一 半，所以把科学与艺术分家，而其实是分不了家的，科学 需
7、要艺术，艺术也需要科学。” 科学是精确化的艺术；艺术是感情化的科学。达芬奇与物理学-他率先提出永动机不能造成恩格斯对达芬奇的评价：文艺复兴“是一次人类从来没有经历 过的最伟大的、进步的变革，是一个需要巨人而且产生了巨人的 时代。”其中最具代表性的巨人就是达芬奇。他“不仅是大画家， 而且是大数学家、力学家和工程师，他在物理学的各种不同部门 都有重要发现。” 光学上他首先提出光的波动说、光的传播机制和光的强度与距 离成反比的思想。力学方面，他指出：“物体对空气的阻力和空气 对物理的力一样大”；“重力是沿着物体到世界中心线作用的。”在 均匀密度的空气中“重物下落时每一份时间要比前一份时间增加一 份运
8、动，成算术序列。”最重要的是他率先指出：永动机探索者们 ！你们在这些探索中白白浪费了多少时间！”“不可能重物下降后 又回到原来的高度，无论用多少时间。”爱因斯坦与音乐-音乐使他的思想插上了想象的翅膀 音乐，不但对科学研究有直接的“诱发”作用和起美学标准的作用 ，而且还有丰富了科学家科学思想中的浪漫主义成分即科学研 究中的非逻辑思维的作用。爱因斯坦便是这方面的典型。他在 创立现代物理学的过程中，非逻辑的科研方法发挥了其它方法无法 替代的作用，而这种方法的形成又与他热爱音乐有密切的关系。 “独立”不仅是爱因斯坦在人权上的追求，也是他科学思想中最具 特色的东西。他年青时就构想出了神奇的“追光实验”和
9、“升降机实验 ”，那让人难以接受的“狭义相对论”和跑得更远的“广义相对论”就是 在此基础上创立起来的。 伏尔泰与法国的启蒙运动 -他热情宣传牛顿的原理 18世纪，继意大利的文艺复兴运动之后、英国的先进思想传入了法国， 在法国掀起了一场为资产阶级革命鸣锣开道伟大的“启蒙运动”。“理性”是“ 启蒙”的核心，而牛顿的原理是“理性”的基础。 伏尔泰是启蒙运动的领袖人物。他有一段名言：“一些知名人士在讨论谁 是最伟大的人物，是凯撒、亚力山大、成吉思汗，还是克伦威尔？有人说毫 无疑问是艾萨克牛顿。这是非常正确的。我们应当尊敬的推崇用真理的力 量来征服我们头脑的人，而不是靠暴力奴役我们的人；是认识宇宙的人，
10、而 不是歪曲宇宙的人。” 。1724年，访英回国后，他出版了访问录哲学通信 。书中，以相当大的篇幅介绍牛顿的原理，它是法国人了解牛顿的入 门书。后来，他还出版了牛顿形而上学和牛顿哲学等著作。 在伏尔泰影响下，他的朋友阿尔伽罗迪写了牛顿主义妇女读物，这 是宣传牛顿哲学的普及读物中最流行的一本。伏尔泰的女友沙特莱夫人，第 一个将原理译成了法文，这对在法国的传播牛顿学说起了非同小可的作 用。学历史的德布罗意- 提出了物质波的新观点 爱因斯坦建立光电效应方程时，提出的 “ 光量子”概念，它区别于波，但又绝不是牛顿的粒子。实际上指出了光具有波粒二象性。 1923年法国的德布洛意想到：大家都公认电子是粒子
11、，那么电子 是否也有波动性呢?对称性体现在波方面,也应体现在粒子方面. 对电 子我们对它 “把粒子的图象想是太多,而过分地忽略了波的图象?” 1925年,美国的戴维逊用电子流得到了衍射图样, 证明了德布洛意假说 。从此， “ 光量子” 和 “电子波”一起揭示了微观世界的一幅完整的图象。 值得注意的是，德布洛意是学历史的，由于时代和他哥哥的影响 转搞物理。他提出“物质波”新观点时，运用了“类比”的方法，这种方 法也就是历史研究中的“以史为鉴” 方法。他后来成为研究科学史的 专家.物理学家兼音乐家 赫姆霍兹提出“力的守恒律” 亥姆霍兹从小就对音乐有锐敏的鉴赏能力。当他成长为科学家后，就 从物理学和
12、生理学的角度对音乐进行了深入的研究。他研究单音时，就假 定人体内有许多不同长度的神经纤维，每根纤维对一定波长或音高能作出 共呜反应，认为它正象乐器不同长度的弦与音高相应一样。他还以实验确 定了人耳可以听到的最高音和最低音以及介于二者间的可以辩别的音调数 。其研究成果至今还没过时。由此，他开辟了现代生理声学的领域,也丰富 了现代物理声学的内容。 同时，他在提琴科学的研究方面也取得突出的成 就。另外，他还对音乐史进行了研究，阐明了音乐发展的基本趋势。由于 他在音乐上的特殊贡献，现代音乐家词典中都有亥姆霍兹的大名。 在物理学方面，他成绩卓著，最著名的就是用公理化方法提出了“力 的守恒定律”（即能量的
13、转化和守恒定律）、电磁学的亥姆霍兹线圈等。 三 、科学家的 科学精神与科学发现 严谨求实 - 玛丽居里夫妇花4年时间提炼镭1898年12月，居里夫妇发现了比铀的放射性强200倍的新元素 镭，轰动了世界。但有的化学家提出疑问：“ 没有原子量就没有镭 ，把镭拿出来看看。”为了把镭分离出来，居里夫妇在实验棚里花 了45个月的时间，不畏严寒不畏酷暑，经历5677次试验，458次分 离失败，用原始的试验手段，从8吨沥青矿碴中提炼出了0.1 克镭，测得了它的原子量。因此，居里夫妇获得了诺贝尔化学奖。信念执着 -法拉弟用十年探索电磁感应定律 人们接触电和磁的现象的历史很久远，直到16世纪，英国的吉尔伯特才对
14、这两种现象进行了系统研究，但他最后的结论是：电和磁互不相 关。这种观点影响物理学界近两百年，直到1820年，丹麦的奥斯特在发现了电流的磁效应，才使电和磁联系起来了。 电能生磁，那么磁也应该能生电，这是物理学家惯用的对称思维方法，于是他们开始了艰难的探索，其代表人物就是法拉弟。探索过程娄 娄受挫，但法拉弟坚信“自然是统一的”，他经过千百次失败也不气馁， 终于在1831年10月17日发现了电磁感应定律。勇于创新 - 爱因斯坦建立相对论的新概念 伽利略建立他的力学理论时， 提出著名的相对性原理：即力学规律在一切惯性系中等价。 爱因斯坦在建立狭义相对论时， 提出了狭义相对性原理：即物理规律在一切惯性系
15、中等价；光的传播速度与光源的运动无关。 爱因斯坦在建立广义相对论时， 提出了广义相对性原理：即物理规律在一切参照系中等价；局部非惯性系与均匀引力场等效。艰苦奋斗 -开普勒在困境中寻找行星运 动定律 开普勒是因发现行星运动三定律闻名于世物理学家和数学家.而他的成就是在极 其艰难的条件下取得的.美国数学史家霍德华伊夫斯说:各种各样几乎难以忍受的人间 不幸伴随了他的一生.” 首先是家庭不幸: 父亲早逝;母亲坐牢;婚姻不美;孩子夭折. 第二是残废和疾病:他是7个月的早产儿；幼年得了天花和猩红热导至双目击者高 度近视，双手轻度残废而显得苯拙 第三是他人嫉妒：他的导师逝世前把自己长达21年的天文观测资料没传给家人而 传给了开普勒，于是他们联合起来找开普勒的麻烦 第四受教会的歧视和迫害大学毕业后，他因宣传哥白尼学说而找不到工作，只 得到奥地利谋生。他的哥白尼天文概要被列为禁书。 第五是宗教冲突
